(57)【要約】  燃焼圧力センサは、センサ本体(9)、センサ本体(9)に挿入された少なくとも１つの光ファイバ(1,2)、センサ本体(9)に取り付けられた変形可能な弾性膜(7,13)を有している。上記少なくとも１つの光ファイバ(1,2)は、圧力によってもたらされる変形可能な弾性膜の曲がりを測定することができる。上記少なくとも１つの光ファイバ(1,2)の端部はセンサ本体(9)に連結され、変形可能な弾性膜(7,13)に煤を堆積させる温度よりも充分に熱く、変形可能な弾性膜(7,13)を溶融させる温度よりも充分に冷たい範囲内の温度に耐える。内燃機関に含まれるとき、少なくとも１つの燃焼圧力センサは、周囲のエンジン部品の本体に直接熱を伝えるように、周囲のエンジン部品の本体に直接接触する変形可能な弾性膜(7,13)を伴う。
2019537034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体と、上記センサ本体に挿入された少なくとも１つの第一光ファイバと、上記センサ本体に取り付けられた変形可能な弾性膜とを有する燃焼圧力センサであって、
上記少なくとも１つの第一光ファイバは、圧力によってもたらされる変形可能な弾性膜の曲がりを測定するように構成され、
上記少なくとも１つの第一光ファイバの端部は上記センサ本体に連結されており、少なくとも１つの第二光ファイバが上記センサ本体に挿入され、上記少なくとも１つの第二光ファイバは、温度によってもたらされる変形可能な弾性膜の熱膨張を感知するように構成され、上記少なくとも１つの第一光ファイバによって得られる圧力を上記温度で補正できるように構成されており、
上記第一光ファイバは上記センサの軸から第一の距離に位置し、上記第二光ファイバは上記センサの軸から第二の距離に位置し、第一の距離は第二の距離より小さい燃焼圧力センサ。
【請求項２】
上記少なくとも１つの第一光ファイバは変形可能な弾性膜の中央に位置し、上記少なくとも１つの第二光ファイバは変形可能な弾性膜の外側端部に隣接している請求項１に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項３】
上記少なくとも１つの第二光ファイバは第二の光ファイバの対の１つであり、第二の対の１つの光ファイバは光を放出し、第二の対のもう１つの光ファイバは変形可能な弾性膜の外側端部の反射表面によって反射された光の強度を測定することができる請求項２に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項４】
上記少なくとも１つの第一光ファイバは第一の光ファイバの対の１つであり、第一の対の１つの光ファイバは光を放出し、第一の対のもう１つの光ファイバは変形可能な弾性膜の中央部の反射表面によって反射された光の強度を測定することができる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項５】
変形可能な弾性膜は、実質的に平坦な中央部と、その中央部に対して実質的に垂直な方向にある周縁の周囲外側部とを有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項６】
第一光ファイバの端部と膜の間の第一ファイバ距離が、第二光ファイバの端部と膜の間の第二ファイバ距離に実質的に等しい請求項１ないし５のいずれかのいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項７】
上記少なくとも１つの第一光ファイバの端部は少なくとも１つの継手によってセンサ本体に連結されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項８】
上記燃焼圧力センサは、少なくとも１つの継手の少なくとも一部と、センサ本体の少なくとも一部との間に断熱分離部を提供するように分離間隙を有し、上記分離間隙は継手の基端部の周りに円周状に形成されている請求項７に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項９】
上記少なくとも１つの第一光ファイバの端部は、センサ本体の一部に対向するように係合する一対の継手によってセンサ本体に連結されている請求項７に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１０】
少なくとも１つの継手は、コバール、石英又はセラミックの１つを含む比較的低い膨張係数を有する材料で作製されている請求項７ないし９のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１１】
上記少なくとも１つの第一光ファイバは、ろう付け、半田付け、接着、セメント接合、射出成形、にかわづけ、及びプレスフィッティングの中の１つによってセンサ本体に連結されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの第一光ファイバのセンサ本体への連結方法は、温度によってもたらされる膨張での分離、収縮又はプレスフィッティングに耐える請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの第一光ファイバは光ビームを分割するように構成されている請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１４】
分離間隙が第一ファイバモジュール及びセンサ本体の間に設けられ、上記分離間隙は第一ファイバモジュールの周りに円周状に設けられ、分離間隙を占める材料はセンサ本体の材料より高い耐熱性を有する先行する請求項のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１５】
温度範囲は、５４０℃と７５０℃の間である請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１６】
センサ本体は、α６（１０−６／Ｋ）よりも低い比較的低膨張係数の材料で作製されている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１７】
センサ本体は、コバール、石英及びセラミック材料の中の１つの材料で作製されている請求項１６に記載の燃焼圧力センサ。
【請求項１８】
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの燃焼圧力センサを有する内燃機関。
【請求項１９】
少なくとも１つの燃焼圧力センサが、周囲のエンジン部品の本体に直接熱を伝えるように、周囲のエンジン部品の本体に直接接触する変形可能な弾性膜を伴う請求項１８に記載の内燃機関。
【請求項２０】
変形可能な弾性膜は、エンジン部品内の溝によって内燃機関の燃焼室から分離されている請求項１８又は１９に記載の内燃機関。
【請求項２１】
上記溝は、変形可能な弾性膜の作動温度範囲とつりあうように選択される長さを有する請求項２０に記載の内燃機関。
【請求項２２】
先行する請求項のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサを作動させるための作動モジュールであって、
第一ファイバモジュールに第一光ビームを供給するための第一光源と、
第二ファイバモジュールに第二光ビームを供給するための第二光源と、
第一ファイバモジュールから第一光ビームの少なくとも一部の反射光を受け入れる第一光センサと、
第二ファイバモジュールから第二光ビームの少なくとも一部の反射光を受け入れる第二光センサと
を有する作動モジュール。
【請求項２３】
請求項２２に従って作動モジュールによって受け入れた信号に対応する信号を受け入れるプロセッシングモジュール。
【請求項２４】
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサと、
請求項２２に記載の作動モジュールと、
請求項２３に記載のプロセッシングモジュールと
を有するシステム。
【請求項２５】
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の燃焼圧力センサの膜の多数の位置の間における温度差を決定する方法であって、
第一ファイバモジュールから受け入れた光ビームに対応する信号の少なくとも一部を使用して膜の第一変形を決定すること、
第二ファイバモジュールから受け入れた光ビームに対応する信号の少なくとも一部を使用して膜の第二変形を決定すること、
第一変形と第二変形を比較すること
を含む方法。
【請求項２６】
コンピュータのメモリに書き込まれたコードによって、コンピュータに請求項２５に記載の方法を実行させることができる、コンピュータが実行可能なコードを有するコンピュータソフトウエア。
【請求項２７】
クランクシャフトとシリンダを有する内燃機関の作動を制御する方法であって、
シリンダに可燃物の混合物を供給すること、上記可燃物の混合物は第一混合比率である、少なくとも酸素と第一可燃物を有し、
クランクシャフトの環状位置を得ること、
クランクシャフトの好ましい第一環状位置で上記可燃物の混合物の燃焼を引き起こすこと、
燃焼中のシリンダ内の上記可燃物の混合物の温度を得ること、
上記温度を所定の温度範囲と比較すること、
上記温度が所定の温度範囲から外れていれば、第一混合比率、及び可燃物の混合物の着火を引き起こすクランクシャフトの好ましい第一環状位置の少なくとも１つを調整すること
を含む方法。
【請求項２８】
得られた温度が所定の温度範囲を超えていれば、引き続く燃焼ストロークにおける燃焼の開始を遅らせること、
得られた温度が所定の温度範囲を下回れば、引き続く燃焼ストロークにおける燃焼の開始を進めること
の少なくとも１つを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
燃焼は、シリンダ内に第二可燃物を噴射することによって引き起こされる請求項２７又は２８に記載の方法。
【請求項３０】
燃焼の開始を遅らせることは、第二可燃物が噴射される時期を遅らせること、及び第二可燃物の量を減少することの少なくとも１つを含み、
燃焼の開始を進めることは、第二可燃物が噴射される時期を進めること、及び第二可燃物の量を増加することの少なくとも１つを含む
請求項２８を引用している請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第二可燃物は以下の２ステージで噴射される請求項３０に記載の方法であって、
第二可燃物が噴射される時期を遅らせることは、第一ステージに比べて第二ステージの噴射を遅らせること、
第二可燃物が噴射される時期を進めることは、第一ステージに比べて第二ステージの噴射を進めること
を含む方法。
【請求項３２】
温度を得ることは、
シリンダ内の圧力を得ること、
シリンダ内の混合物の容積を得ること、
可燃物の混合物の内容に基づく所定の定数を得ること、
得られた圧力、容積及び所定の定数に基づいて温度を得ること
を含む請求項２７ないし３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
可燃物の温度を得ることは、請求項２５に記載の方法に従って温度差を得ることを含む請求項２７ないし３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
温度が範囲から外れていれば、シリンダに供給される第二可燃物の量を調整することを含む請求項２９ないし３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
酸素、第一可燃物、及び第二可燃物が第二混合比率で供給され、温度が範囲から外れていれば、第二混合比率を調整することを含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ技術を使用した改良燃焼圧力センサに関する。特に、内燃機関の燃焼圧力を感知するのに適した燃焼圧力センサに関する。本発明は、また、改良燃焼圧力センサを備えた燃焼機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼圧力センサは、最小のセンサによって優れたエンジンコントロールを成し遂げることができる。燃焼圧力センサは、燃焼室から直接燃焼についての情報を提供することができる。その情報は、点火のタイミング、バルブのタイミング及びエネルギーの供給の効果を含んでいるが、自動点火、エンジンのノッキング、ブローバイガス、最大燃焼圧力(Pmax)の超過、又はクランク角度当たりの圧力上昇(Dp/da)の超過のようなエンジンの損傷の危険を感知できる。
【０００３】
米国特許6,131,465に記載されているオプトランド(Optrand)から入手できる公知の燃焼圧力センサは、光ファイバとセンサ本体の固定又は連結が損傷される危険性がある限られた作動温度にだけ耐えることができる。ガラスの接着によって許容される最大温度は、精々５１０℃又はそれより低い温度であり、センサの先端温度が５１０℃を超えないことが必要とされる。センサの先端が煤で汚れることを防ぐには、少なくとも５３５℃の温度が必要である。実際、センサの先端は８００℃までの燃焼温度に曝される。公知の燃焼圧力センサの別の不利な点は、サーマルショックとして知られている温度の変化に敏感なことである。この温度変化に対する感受性は予測不可能な方法で圧力測定の結果をゆがめてしまう。公知の燃焼圧力センサのさらに不利な点は、エンジンのノッキングに対する抵抗力が不充分なことである。ノッキングは、容易に１００００℃を伴う温度の上昇につながる。このような不利の結果として、公知の燃焼圧力センサは、エンジンの研究、及び実証試験エンジンのような限られた用途でみられるだけであり、その分野でもあいにく成功していない。
【０００４】
エンジン部品、例えば、燃料噴射装置やグロープラグに組み込まれる、十分に小さい、例えば、直径が2.5mmである公知の燃焼圧力センサは、連続使用には適していないことが証明されている。5mmより大きい直径を有する大きな燃焼圧力センサは、より信頼できるが、大きい直径を有するという不利な点がある。さらに、ある種の燃焼圧力センサは、液体冷却システムを備えねばならなかった。そのようなセンサは、エンジン管理システムの一部として、商業的に製造されている内燃機関における連続使用には適していないことが証明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
商業的に製造され、作動する内燃機関のエンジン管理システムの一部として使用することができる改良燃焼圧力センサを提供することが本発明の一つの目的である。内燃機関、燃料噴射装置もしくはグロープラグ、スパークプラグのような別の部品、シリンダヘッド又は別のエンジンと組み合わせる、改良燃焼圧力センサを提案することも本発明の一つの目的である。より一般的な意味において、従来技術の少なくとも一つの不利な点を解消するか又は低減することが本発明の一つの目的である。さらに比較的安価に製造することができ、耐久性があって、組み立て及び操作がやっかいでない代替手段を提供することも本発明の一つの目的である。選択的に、少なくとも一つの有用な代替手段を提供することが本発明の一つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的に対して、本発明は、一つ以上の特許請求の範囲に記載されているように、燃焼圧力センサ、燃料噴射装置、もしくはその燃焼圧力センサを有する他の部品、及びその燃焼圧力センサを有する内燃機関、分離アダプタを提供する。
【０００７】
本発明に従う燃焼圧力センサの個々の特徴は、様々な異なる課題に対する解決手段を提供するが、それにも関わらず単一の物品である。単一の一般的な発明概念は、それにも関わらず、従来技術に対して共通の貢献をする特別の技術的特徴の間に技術的関係を伴う全体として改良した燃焼圧力センサである。
【０００８】
特に、本発明に従う燃焼圧力センサは、センサ本体、そのセンサ本体に挿入される少なくとも１つの第一光ファイバ、及びそのセンサ本体に取り付けられた変形可能な弾性膜を有する。少なくとも１つの第一光ファイバセットは、圧力によってもたらされる変形可能な弾性膜の曲がりを測定できる。少なくとも１つの第二光ファイバセットの端部はセンサ本体に連結されており、変形可能な弾性膜に堆積した煤を燃焼再生するには充分に熱く、変形可能な弾性膜の溶融を防ぐには充分に冷たい範囲内の温度に耐える。そのような燃焼圧力センサの温度範囲は、５４０℃と７５０℃の間である。センサ本体は、α６(10−６/K)より低い、比較的低膨張係数の材料で作製することができる。石英から作製されるファイバの膨張を最少にするように、センサ本体は、コバール(低熱膨張係数(CTE)のステンレス鋼)、石英又はセラミック材料から作製することができる。
【０００９】
燃焼圧力センサにおいて、少なくとも１つの第一光ファイバは、例えば、真空炉、もしくは非真空炉、及び誘導加熱を使用する半田付け又はろう付け、及び／又は便利な高温融剤、www.lucasmilhaupt.com によって入手することができる真空ろう付けペースト(HF350/60-521/90B1)、接着、www.aremco.comによって入手することができるセラマボンドのようなセメント接合又はプレスフィッティングによって、センサ本体に連結することができる。
【００１０】
また、少なくとも１つの第一光ファイバをセンサ本体に連結する方法は、温度によってもたらされる膨張及び収縮下での分離に耐えるために有効である。
【００１１】
選択的に、少なくとも１つの第一光ファイバの端部は、少なくとも１つの継手によってセンサ本体に連結することができる。それに関して、少なくとも１つの第一光ファイバの端部は、センサ本体の一部に対向するように係合する一対の継手によってもセンサ本体に連結することができる。これらの選択に関して、少なくとも１つの継手は、石英又はセラミックのいずれかを含む、比較的低い膨張係数を有する材料で作製することができる。
【００１２】
また、少なくとも１つの第一光ファイバの端部は、ファイバの被覆のみを切断するが、ファイバそれ自身は切断しない鋭利なリングによって、センサ本体に連結することができる。少なくとも１つの第一光ファイバの端部をセンサ本体にいずれかの方法で連結する場合、その連結部をスプリングによる張力下におくことができる。
【００１３】
燃焼圧力センサが充分に冷却されている場合、ポリアミドを被覆されたファイバを継手に連結するか、又は例えばポリアミド射出成形によって、ファイバをセンサ本体に連結することができる。
【００１４】
１つ以上の上記の特徴を備えた燃焼圧力センサにおいて、少なくとも１つの第二光ファイバをセンサ本体に挿入することができる。その少なくとも１つの第二光ファイバは、温度によってもたらされる変形可能な弾性膜の熱膨張を感知することが可能であり、少なくとも１つの第一光ファイバによって得られる圧力値を温度によって補正することができる。そのような燃焼圧力センサにおいて、少なくとも１つの第一光ファイバを変形可能な弾性膜に対して中央に配置することができる一方、少なくとも１つの第二光ファイバを変形可能な弾性膜の外端部に隣接するように配置することができる。そのとき、少なくとも１つの第二光ファイバは、光ファイバの第二の対の１つである。第二の対の１つの光ファイバは光を放ち、第二の対のもう１つの光ファイバは変形可能な弾性膜の外端部の反射表面によって反射された光の強度を測定することができる。
【００１５】
本発明に従う燃焼圧力センサにおいて、少なくとも１つの第一光ファイバは、光ファイバの第一の対の１つである。第一の対の１つの光ファイバは光を放ち、第一の対のもう１つの光ファイバは変形可能な弾性膜の中央部の反射表面によって反射された光の強度を測定することができる。この構成において、第一の対を構成する光ファイバの各々の少なくとも１つの端部は反射表面から少し離れていて、反射光を光ファイバの１つで反射させることができる。
【００１６】
本発明に従う燃焼圧力センサにおいて、少なくとも１つの第一光ファイバは光ビームを分割することができる。光ビームの分割は、ファブリ・ペロー測定原理に従って誘電体ミラーによって得ることができ、光路の干渉に差異を生じる。
【００１７】
さらにまた、少なくとも１つの第一光ファイバは、ファイバブラッググレーティング(FBG)測定原理を使用することによって光ファイバの長さの変化を感知することができる。ファイバブラッググレーティング測定原理を使用するために、少なくとも１つの第一光ファイバは、少なくとも１つの第一光ファイバにおける歪みの変化の結果として、少なくとも１つの光伝達要素が変化する多数のセグメント又は多数のレンズを有する。光伝達要素は、少なくとも１つの第一光ファイバの一実施形態では、屈折指数である。屈折指数は光の異なる波長において異なっている。セグメントにおける歪みが変化すると、次々と測定することができる屈折指数の絶対的な変化が起きる。この測定によって、セグメントにおける歪みを決定することができる。セグメントにおける歪みは、少なくとも１つの第一光ファイバの端部が取り付けられている可撓性の膜の変形の結果であり、少なくとも１つの第一光ファイバが取り付けられている箇所における可撓性の膜の変形を決定することができる。少なくとも１つの第一光ファイバの他方の端部は別の箇所に取り付けられており、少なくとも１つの第一光ファイバの長さはその光ファイバが取り付けられている可撓性の膜の変形によってのみ変化することができる。
【００１８】
本発明に従った内燃機関は、１つ以上の上記の特徴を備えた少なくとも１つの燃焼圧力センサを有する。そのような内燃機関において、少なくとも１つの燃焼圧力センサは、周囲のエンジン部品の本体に直接熱を移送するために、周囲のエンジン部品の本体に直接接触している変形可能な弾性膜を伴っている。そのエンジン部品は、燃料噴射装置、シリンダヘッド、又は他のエンジン部品のいずれかである。
【００１９】
さらに、本発明に従った内燃機関の一実施形態において、変形可能な弾性膜は、エンジン部品内の溝によって内燃機関の燃焼室と分離することができる。その溝は、変形可能な弾性膜の作動温度範囲とつり合うように選択される長さを有する。さらに、燃焼室と変形可能な弾性膜の間にある溝内に熱遮蔽を配置することができる。
【００２０】
本発明の内燃機関の別の形態は、商業的使用におけるエンジンの作動を管理するための少なくとも１つの燃焼圧力センサに連結されているエンジン管理コントロールシステムを有している。少なくとも１つの第二光ファイバにおいて、温度によってもたらされる変形可能な弾性膜の熱膨張を感知することができる少なくとも１つの第二光ファイバとともに少なくとも１つの燃焼圧力センサが含まれていると、そのエンジン管理コントロールシステムは少なくとも１つの第一光ファイバによって得られる圧力値の温度による補正を計算することに適している。そのエンジン管理コントロールシステムは、少なくとも１つの第一光ファイバに第一光ビームを供給するための第一光源を有している。第一光ビームの反射光を受光するための第一光センサをエンジン管理コントロールシステムは有している。少なくとも１つの第二光ファイバが備えられていると、エンジン管理コントロールシステムは、変形可能な弾性膜の様々な位置の温度による差を決定することができる。第二光ファイバに光ビームを供給するために、第二光源及び第二光センサがエンジン管理コントロールシステムに備えられている。
【００２１】
本発明の別の特徴は、リアルタイムでシリンダの温度を測定する機能である。この情報は、エンジンにおける温度ロスを最適化し、エンジンの効率を向上させるために使用することができる。
【００２２】
本発明の燃焼圧力センサは、圧力変化によって起こされる膜の曲げを記録するための変形可能な膜によって反射される光の強度を測定するために、光ファイバ技術の作動原理を使用することができる。その膜の温度は、センサの設計によって制御される。使用時において、その膜の周囲のエンジンの部品への装着は、膜への煤の堆積を阻止又は燃焼再生するために５４０℃を超え、膜の損傷を防止するために７５０℃を下回るようにされる。この作動温度範囲は、温度上昇に耐えることができる光ファイバの固定によって可能となる。さらに、膜の熱がエンジン部品に到達する前にセンサ本体を介してその熱を分散させること（これは、熱を分散させるための近道である）より、むしろ、燃焼圧力センサは、周囲のエンジン部品に直接接触する膜に装着することができる。
【００２３】
膜の熱をエンジンの冷却液に移送するてっとり早い他の方法は、継手を隔離するために継手の鼻部に空隙を設け、熱を移送するためにその鼻部の周りに十分な材料を導入することである。
【００２４】
ある面において、燃焼圧力センサの膜が露出される温度は、必要とされる作動温度範囲に適合するようにされる。もし、その膜の温度が５４０℃を下回れば、その膜は煤で汚され、測定は不正確になるか、又は抑制されるようになる。内燃機関が最大出力で作動しているとき、燃焼圧力センサの膜はその上限温度に達し、デトネーション又はエンジンノックが容易に起こり、膜の破壊につながる。それゆえ、燃焼圧力センサの膜が露出している温度は、充分な強さを維持するために７５０℃を超えないことは重要である。それゆえ、センサと、そのセンサが装着されるシリンダヘッド又は燃料噴射装置本体のような周囲の本体との間の熱の移送を改良する利点が存在する。
【００２５】
これは、センサとその周囲の本体の組み合せに関係する。温度制御に関する特徴は、エンジン管理コントロールユニットと共働する本発明のセンサを連続使用できるように働く。センサの付加的な冷却は、冷却水の通路又は燃料送給管路の近くにセンサを置くことによって得ることができる。空冷燃焼機関において、冷却リブの近くにセンサを置くことができる。
【００２６】
材料の特性又は熱源からの距離のような他のパラメータは、燃焼圧力センサのために可能な最良の膜表面温度を得るために変化させることができる。特別なエンジン作動条件の下で、内燃機関の冷却水温度又は燃焼容積は、燃焼圧力センサの損傷を防止するか、又は燃焼圧力センサの最適作動温度範囲内に燃焼圧力センサを保持するために調整することが考えられる。５４０℃より高い温度で作動できるように、ファイバとセンサ本体の間の連結はその温度に耐えることができることは重要である。
【００２７】
周囲の本体は、アルミニウムもしくは鋳鉄（シリンダヘッド）又は鋼（燃料噴射装置又は分離アダプタ）のような異なる材料によって形成することができる。内燃機関に燃焼圧力センサを装着するための分離アダプタは、スパークプラグ又はグロープラグを含むことができる。燃焼圧力センサの膜が、周囲の本体に直接、できる限り熱を分散できることは重要である。膜が直接露出している箇所の熱を低減させるために熱遮蔽を適用することができる。
【００２８】
熱遮蔽を必要としない燃焼圧力センサを作製することが本発明の主な目的である。熱遮蔽はサーマルショックを低減する。しかし、燃焼圧力センサは、熱遮蔽がサーマルショックを取り除いてくれることを必要としない。膜の熱変化によって起こる曲がりと膜への圧力によって起こる曲がりを計算することは、２つのファイバセットを備えた第二のファイバセットによって可能になる。これは、数学的に解くことができる２つの未知数を有する２つの方程式を有する原理によってなされる。熱遮蔽の大きな不利な点は、センサを非常に短寿命（そのセンサをエンジン実験設備以外で使用したときに、３月を下回る寿命）にする煤による閉塞の問題である。そこで、熱遮蔽を維持する唯一の理由は、将来において新たに起こる状況のためにプランＢとして使用する選択枝を排除しないためである。
【００２９】
本発明の別の一面は、温度に敏感なセンサ本体に光ファイバを固定することと関連している。内燃機関の燃焼室におけるサイクル毎の温度は、エンジンの種類に依存して０℃と１００００℃の間で変化する。これは、燃焼圧力センサのために選択された保護環境においても、光ファイバとセンサ本体の連結は光ファイバとセンサ本体の接着を危うくせずに極めて急激な温度変化に追随できることを意味する。接着材料が分解するとき、又は光ファイバの膨張係数がセンサ本体の材料の膨張係数と大きく異なるとき、この光ファイバとセンサ本体の接着は危うくなる。
【００３０】
もし光ファイバがセンサ本体から切り離されれば、膜に関する位置はセンサの読みを使いものにならなくさせるような不明確なものになる。本発明は、石英又はセラミック材料のような比較的低い膨張係数を有する材料からなるセンサ本体を提案する。好ましくは、その膨張係数は、光ファイバがセンサ本体に強く固定されるように、α６(10−６/K)より低い。
【００３１】
また、本発明は、センサ本体に光ファイバを固定するための継手の使用を提案する。そのような継手は、石英又はセラミック材料のような低い膨張係数を有する材料で作製することができる。温度変化の結果として接着がゆるくなる危険性がないように、半田付け、ろう付け、接着剤、射出成形又はプレスフィッティング連結を適用できる。
【００３２】
サーマルショック問題は、圧力によって起こされる膜の変形と区別することができる熱による膜の変形を起こさせることによって解決される。従来の燃焼圧力センサは、特に熱遮蔽が使用されないとき、サーマルショックによる感受性が３０％に達することを示している。本発明は、圧力による変化によって主に起こされる膜の曲がりとともに温度上昇によって主に起こされる膜の拡張の両方を測定することを提案する。得られた測定値は実際の圧力値を計算するために使用することができる。光ファイバの別のセットは熱によって起こされる膜の拡張又は膨張を測定するために使用することができる。
【００３３】
ある光ファイバはセンサ膜の反射表面へ光ビームを導き、別の光ファイバは反射された光ビームを導くために使用することができ、膜の変形を感知するために単一の光ファイバを使用することができる。これは、光ビームを分割することによって、又はピエゾ、ファブリ・ペロー又はファイバブラッググレーティング(FBG)測定原理を使用することによって成し遂げることができる。
【００３４】
また、光ファイバは締め付けによってセンサ本体に取り付けることができる。ろう付け又は半田付けによる固定は、両方とも強くて規模が小さいので好ましいが、他の様々な固定手段を採用することもできる。一つの手段は、パイプ連結及びフィッティングとともに使用する手段に類似した鋭利なリングである。スプリングによって、又は光ファイバ自身に予備張力を付加しておくことによって、二つの継手の間の光ファイバに張力を付与することができる。その継手は、半田付け、締め付け、又は光グラスファイバの溶融によって光ファイバに固定することができる。鋭利なリングが使用されるとき、これが光ファイバの被覆だけを切断することが好ましい。
【００３５】
本発明のさらに別の実施形態は、燃焼中の燃焼室としての内燃機関の少なくとも１つのシリンダ内の燃焼温度を制御することである。内燃機関における可燃物の燃焼中において、ＮＯＸが形成され、ＣＨ４（メタン）が完全に燃焼しないことが知られている。ＮＯＸ、ＣＨ４又はＣＯ及びＴＨＣのような排出物の排出量を最小限にするために内燃機関の燃焼温度を最適化することが本発明の目的である。
【００３６】
実験では、燃焼温度が１５００℃を超えるならば、ＮＯＸの排出量は著しく増加することを示している。実験は、さらに、燃焼温度が１３００℃未満ならば、ＣＨ４の排出量は著しく増加することを示している。それゆえ、特定の範囲内に燃焼温度を維持するために内燃機関の燃焼プロセスを制御することが好ましい。
【００３７】
シリンダ又はシリンダ内に設置されているセンサによって供給される情報に基づいてエンジンの異なるパラメータを制御するために、制御モジュールが使用される。供給される情報は、シリンダ内の圧力、シリンダ内の燃料及び酸素の有効容積、シリンダ内の温度、噴射された燃料の量、又は他のエンジンのパラメータの中の少なくとも一つを有している。
【００３８】
制御モジュールは、ピストンの位置がわかる実際の容積のために修正されるシリンダ内の測定圧力から理論燃焼温度を計算するために整備される。また、空気−燃料比率（lambda）、着火時期、噴射される燃料の量の中の少なくとも１つに影響を与えるＣＰＳによって与えられるＣＰＳ膜の温度値によって直接燃焼温度を計算することが本発明によって可能である。ある量の燃料が１つの燃焼サイクルにおいて噴射される。これに関して、空気は、約１／５の酸素(O２)、約１／４の窒素(N２)及び少量の他の気体の混合物であると理解できる。
【００３９】
シリンダ内の温度を得るための第一の方法は、以下の理想気体の状態方程式を使用して温度を評価することである。
2019537034.tif 000003
【００４０】
上式において、Ｐはシリンダ内の圧力、Ｖはシリンダ内の燃料及び空気の有効容積，Ｔはシリンダ内の温度、及びｋはシリンダ内の空間を占める物体に依存する定数である。
【００４１】
シリンダ内の圧力は、燃焼圧力センサによって得ることができる。シリンダ内の容積は、ボア、ストローク、クランクシャフト角度などのシリンダのパラメータによって得ることができる。定数ｋは公知の空気−燃料比率及びシリンダ内に噴射される燃料の量から得ることができる。
【００４２】
理想気体の法則は、シリンダ内の総括的な温度のみを与え、シリンダ内の局部的な温度変化を無視する。この局部的な温度変化は、総括的な温度よりも低いか又は高い温度である。予混合圧縮着火(HCCI)及び反応度制御圧縮着火(RCCI)のような均質燃焼原理において、この概算は、エンジンの排出物を連続的に最適化し且つ監視するために、フィードバック制御パラメータとして作用する温度値を供給するために十分正確である。ＲＣＣＩにおいて、第一の可燃物が、所定量の酸素又は空気及び選択的に所定の量の再循環排ガスとともにシリンダ内に導入される。
【００４３】
第一の可燃物は、酸素及び選択的に排ガスと混合される。次に、第二の可燃物がシリンダ内に導入される。第二の可燃物は第一の可燃物より低い圧力で着火する。一回又は多数回の第二の可燃物の噴射が実行される。第二の可燃物は、シリンダ内の高い圧力によって着火する。第二の可燃物の燃焼は第一の可燃物を着火させるための火花となる。
【００４４】
シリンダ内の温度を得るための別の方法は、第一のファイバモジュール及び第二のファイバモジュールの少なくとも一つによって測定される弾性膜の曲がりを比較することである。その数値は、温度の数値を与えるのと同じようにして、感知された圧力を補償するために使用することができる。
【００４５】
ＲＣＣＩを使用するとき、シリンダ内の燃焼は非常に均質であるため、燃焼中のシリンダ内の温度差は、従来のスパーク点火(SI)又は圧縮点火(CI)エンジンに比べて、比較的小さくなる。得られるシリンダ内の温度範囲が比較的小さいため、理想気体の法則を使用した燃焼温度の近似はシリンダ内の温度の正確な制御のために十分である。
【００４６】
シリンダ内の燃焼中の温度を制御するための制御パラメータの一つは、点火時期である。この点火時期は、例えば、クランクシャフトの角度によって示すことができる。例えば、点火時期に関してクランクシャフトの角度が０．１度増加すると、燃焼温度は３００℃上昇する。
【００４７】
内燃機関の作動を制御する方法は、燃焼中のシリンダ内の温度を制御するために使用することができる。この方法において、まず、燃焼中に得られた温度は所定の温度範囲と比較される、もし得られた温度が所定の温度範囲よりも低いならば、その方法は引き続く燃焼ストロークにおける燃焼のトリガーの時期を進める。また、得られた温度が所定の温度範囲よりも高いならば、その方法は引き続く燃焼ストロークにおける燃焼のトリガーの時期を遅らせる。
【００４８】
第一の燃焼ストロークにおける燃焼温度を得、引き続く燃焼ストロークにおける、あるパラメータを調整するために得られた燃焼温度を使用することは、シリンダにおける燃焼温度を制御するための閉じた制御ループを形成する。
【００４９】
燃焼のトリガーを遅らせることは、第二の可燃物が噴射される時期を遅らせること、及びシリンダに供給される第二の可燃物の量を減少することの少なくとも一つを含む。燃焼のトリガーを進めることは、第二の可燃物が噴射される時期を進めること、及び第二の可燃物の量を増加することの少なくとも一つを含む。
【００５０】
第二の可燃物が噴射される時期とシリンダに供給される第二の可燃物の量は、制御モジュールによって制御することができる。制御モジュールにおける最適アルゴリズムは、好ましい燃焼温度を得るために、可燃物が噴射される時期と可燃物の噴射量の最適な組み合わせを計算するために使用することができる。そのアルゴリズムは、エンジン又はシリンダに対する特定の校正データを有する。また、そのアルゴリズムは、引火点、密度、最低自動点火温度、化学量論燃焼比率、他の関連特性、又はこれらの組み合わせのような第二の可燃物の特性に関する情報を備えることができる。
【００５１】
第二の可燃物は、１つ、２つ又はそれ以上のステージにおいて噴射される。異なるステージにおいて、等量又は異なる量の第二の可燃物がシリンダ内に噴射される。特に、第二の噴射又は更なる噴射は燃焼のトリガーとなる。第二の可燃物が２つのステージにおいて噴射されるとき、第二の可燃物が噴射される時期を遅らせることは、第一の噴射ステージに対して第二の噴射ステージを遅らせることを含む。さらに、２つのステージにおいて第二の可燃性物質を噴射するとき、第二の可燃性物質が噴射される時期を進めることは、第一の噴射ステージに対して第二の噴射ステージを進めることを含む。
【００５２】
第二の可燃物をシリンダ内に噴射することが燃焼のトリガーとなる。第二の可燃物は、好ましくは圧縮点火タイプ、例えば、ディーゼル燃料である。また、第二の可燃物が着火するように、第二の可燃物がシリンダ内に供給される圧力を上昇させることが燃焼のトリガーとなる。第二の可燃物の着火は、さらに第二の可燃物が供給されるシリンダ内の温度にも関係している。
【００５３】
内燃機関の作動を制御する別の方法において、得られた温度が所定の温度範囲に含まれることがある。そのような場合、燃焼中の温度を制御する上記のいずれかを使用することによって、他の制御方法を使用することによって、又はそれらの組み合せを使用することによって、その制御方法は、所定の温度範囲内の好ましい温度にその温度を制御することが目的である。
【００５４】
シリンダ内の燃焼中の温度を制御する別の制御パラメータは、燃焼中のシリンダ内の空気−燃料比率(lambda)である。排ガスの組成を制御すること及びシリンダに供給されて燃焼される燃料の量を制御することによって、Lambdaを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明の利点は、以下の記載と添付図面によって明らかである。
【００５６】
図１は、エンジン部品に装着された燃焼圧力センサアセンブリの概略横断面図である。
【００５７】
図２は、あらかじめ張力を付与された光ファイバがスプリングとしてその位置を保持するように、一対の継手を使用した光ファイバの固定法を示す。
【００５８】
図３は、光ファイバの鋭利なリングによる固定法を示す図である。
【００５９】
図４は、エンジン部品に装着された別の燃焼圧力センサアセンブリの概略横断面図である。
【００６０】
図５は、ファイバブラッググレーティング測定原理を使用した燃焼圧力センサの概略横断面図である。
【００６１】
図６は、ファブリ・ペロー測定原理を使用した燃焼圧力センサの部分概略横断面図である。
【００６２】
図７Ａは第一実用センサの断面図であり、図７Ｂは第一実用センサの拡大断面図である。
【００６３】
図８Ａは第二実用センサの断面図であり、図８Ｂは第二実用センサの拡大断面図である。
【００６４】
図９は、燃焼圧力センサを有するモータ管理システムの概略図である。
【００６５】
図１０は、内燃機関の作動を制御する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図１の横断面図は、周囲のエンジン部品装着構造８に装着された燃焼圧力センサアセンブリを示す。この実施形態において、エンジン部品装着構造８は、シリンダヘッド、内燃機関の燃料噴射装置の本体、又はスパークプラグもしくはグロープラグのような他のエンジンの部品のいずれかである。燃焼圧力センサ(CPS)は、石英、セラミック材料、又は低CTEステンレス鋼のコバールから都合よく作製することができる。センサ本体９内の光伝送ファイバ１、２、３、４は変形可能な膜７に対面している。
【００６７】
第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２は変形可能な膜７の曲げを感知する。この曲げは、主に圧力変化によるものであるが、温度変化による小さい範囲内での曲げもある。
【００６８】
第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４が、変形可能な膜７の外端部での拡張を感知する。この拡張は主に温度上昇によるものであるが、圧力変化による小さい範囲での拡張がある。第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４から得られる数値は、サーマルショックの効果を除くために、シリンダ内の燃焼ガスの温度を使用して計算によって比較することができる。膜７の構成と第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４の位置が異なることによって、第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４は、サーマルショックの結果として、同じ圧力における異なる変形を感知する。曲がり又は変形におけるこの差に基づいて、温度が変形に及ぼす効果を決定することができる。それによって、温度が圧力に及ぼす効果を決定することができる。また、温度が変形に及ぼす効果を決定すると、例えば、燃焼中のシリンダ内の温度も決定することができる。
【００６９】
これは燃焼圧力の数値の信頼性につながる。燃焼圧力の数値は、最適効率、信頼性、出力及び排出物のための新規な方法において、エンジンの燃焼プロセスを制御することができるパラメータである。同時に、シリンダ内の温度経過が測定される。この温度経過は、効率を上げることができる温度損失を計算するために使用することができる。上記膜７は、燃焼圧力源に向かっている、一般的にドーム状の凸状構造である。それにも関わらず、膜の位置を逆にすることができる。その場合、ドーム状構造は燃焼圧力源に向かって凹状になる。膜７をこのように逆の位置にする場合、熱で膨張するときのそのドーム状構造は、光ファイバの端部又はセンサ本体の先端から離れるのではなく、光ファイバの端部又はセンサ本体の先端により近くなる。燃焼圧力センサの特別の構造によって、膜７の膨張に対する補償は反対の方向に膨張しようとする他の部品に見い出すことができる。
【００７０】
図１から分かるように、周囲の装着構造８が示す位置は、膜７の外周縁が収縮することによって形成される内方に向かう段付き形状である。この位置において、膜７は周囲の構造８に直接熱を伝達することができる。その熱の伝達を遮るものはない。周囲の構造８の内方に向かう段付き形状は、エンジンの燃焼室５と燃焼圧力センサの膜７の間に溝６を形成する。熱遮蔽１１は膜７がさらされる温度を減少するために溝６内に配置することができる。
【００７１】
図１に示すように、温度補正のための第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４の半田付け端部２５は、燃焼圧力を測定するための第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２の半田付け端部２５に対して偏心している。半田付け端部２５の連結はセンサ本体９の下面に対して直交している。センサ本体９内の傾斜溝２１は、第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４をその位置に保持する。センサ本体９の中央に半田付けされたソケット２２は第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４を燃焼圧力センサの外方に導いて保持することができる内径を有している。
【００７２】
図１の実施形態に示すように、第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４はセンサ本体９に半田付け又はセメントで固定されている。
【００７３】
図２に示すように、第一中央光ファイバ１のような光ファイバは、センサ本体９の直径部分を削り込んだ部分に対向するように配置されている一対の継手１２によってセンサ本体９に保持されている。継手１２は、石英又はセラミック材料のような低膨張係数の材料で作製される。
【００７４】
圧力センサアセンブリの考えられる実施形態としては、継手の末端とセンサ本体の間に分離間隙を設けることができる。この分離間隙は継手の末端における継手の外径を小さくすることによって成し遂げることができる。また、センサ本体の穴の内径を継手の末端に向けて増すことができる。継手の外径の減少及び／又はセンサ本体の穴の内径の増加は、段階的に、連続的に、単調に、直線的に、交互に、又はこれらを組み合わせることによって行うことができる。一実施形態において、継手とセンサ本体の間隙は、少なくとも部分的に、及び選択的に、ろう付けペーストで充分に満たされている。別の実施形態においては、その間隙は開放されている。
【００７５】
別の実施形態において、センサに設けられる円周状の間隙はセンサ本体にのみ設けられる。この実施形態において、ファイバを配置するのに有効な穴があるセンサ本体の中央部は、継手によって囲まれていてもいなくてもよく、センサ本体の末端まで伸びている。センサ本体の穴に隣接しているセンサ本体の一部とセンサ本体の外側部分の間には、円周状の分離間隙が設けられる。
【００７６】
この分離間隙は、センサ本体とファイバの間、及び膜とファイバの間の熱遮蔽となる。この分離間隙は、空気で満たされるか、真空か又はセラミックのような隔離材料で満たされる。その隔離材料は、センサ本体の材料よりも高い耐熱性を有している。その分離間隙はファイバの周りに円周状に設けられるので、燃焼熱がファイバ温度に及ぼす影響をできる限り低く保つことができる。
【００７７】
図３に示すように、センサ本体９の円錐形の穴内の鋭利なリング１４は、光ファイバの各々をセンサ本体９内に保持するために使用することができる。鋭利なリング１４は、第一中央光ファイバ１のような光ファイバの被覆を把持する、内方に向かう鋭利な端部２６を有している。図３に示すように、第一中央光ファイバ１の未被覆部分２３の直径は被覆された第一中央光ファイバ１の直径より小さい。
【００７８】
図４は、周囲の装着構造８に装着された別の燃焼圧力センサアセンブリの概略横断面図である。第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４を保持するセンサ本体９は、鋼製のスリーブ１０内に装着されている。鋼製のスリーブ１０は、周囲のエンジン部品の装着構造８に装着されている。この実施形態において、変形可能な膜１３は参照番号２０で示す燃焼室５の表面に直接装着されている。膜１３は鋼製のスリーブ１０に溶接されている。膜１３の鋼製のスリーブ１０に対する溶接は、張力を減少するため及び／又は膜１３の微細な粒状構造を得るために、熱処理によって行うことができる。石英のセンサ本体９と鋼製のスリーブ１０を互いに押圧するか、センサ本体９を保持するように鋼製のスリーブ１０に折り畳み部を設けることによって、センサ本体９を鋼製のスリーブ１０に連結することができる。
【００７９】
熱間隙２４はセンサ本体９と鋼製のスリーブ１０の間に設けられる。
【００８０】
図１と図４の実施形態に共通のことであるが、燃焼圧力測定用第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２の中央部分と温度補正用第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４の外側端部をガイドして保持するために、センサ本体９内の傾斜溝２１及びソケット２２はステンレス鋼で作製することができる。光ファイバの一対は放出された光ビームを膜７の反射表面にガイドするために使用され、光ファイバの他の一対は膜７の反射表面から反射された光をガイドする。また、中央の圧力感知光ファイバと外側端部の温度補正光ファイバの間に単一光を放出する光ファイバを配置することもできる。そのように光ファイバを配置すると、合計で３つの光ファイバになる。
【００８１】
図５及び図６に示すように、圧力を測定するために、単一の光ファイバを使用することもできる。同様に、温度補正のために、別の単一の光ファイバを使用することができる。
【００８２】
図５は燃焼圧力を測定するために、FBGファイバ１５を備えたファイバブラッググレーティング(FBG) 測定原理を使用した燃焼圧力センサの概略横断面図である。FBGファイバ１５は、センサ本体９に保持されている石英体１６の中央に位置している。
【００８３】
図６は、ファブリ・ペロー測定原理を使用した燃焼圧力センサの部分概略横断面図である。光ファイバ１によって膜１３に伝達された光は誘電体ミラー１７によって２つのビームに分割される。誘電体ミラー１７によって分割されたビームは、誘電体ミラー１７によって反射されたビームと、膜１３の反射表面で反射されたビームの間において、参照番号１８で示すように、光路が異なる干渉作用によって遅延を起こす。膜１３の反射表面は誘電体ミラー１７から距離１９だけ離れている。
【００８４】
図５及び図６は単純化された図であることが分かる。ファイバブラッググレーティング測定原理又はファブリ・ペロー測定原理は、上記いずれかの実施形態において外端部の温度補正光ファイバに適用することができることは明らかである。
【００８５】
上記実施形態における同様の置き換えは、第一中央光ファイバ１、第二中央光ファイバ２、第一外側端部光ファイバ３及び第二外側端部光ファイバ４と、センサ本体９又は石英体１６との連結にも適用される。
【００８６】
従って、センサ本体９、センサ本体９に挿入される第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２、センサ本体９に取り付けられる変形可能な弾性膜７及び１３を有する燃焼圧力センサが開示されている。第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２は圧力によってもたらされる変形可能な弾性膜７、１３の曲げを測定することができる。変形可能な弾性膜７、１３に堆積した煤を燃焼再生するために充分に熱く、変形可能な弾性膜７、１３の溶融を防ぐには充分に冷たい範囲内の温度に耐えるように、第一中央光ファイバ１及び第二中央光ファイバ２の端部２５はセンサ本体９に連結される。内燃機関に装着されるとき、シリンダヘッド又は燃料噴射装置のような周囲のエンジン部品装着構造８に直接熱を伝達するように、周囲のエンジン部品装着構造８に直接接触するように、少なくとも１つの燃焼圧力センサは、変形可能な弾性膜７、１３を伴う。
【００８７】
図７Ａは第一実用圧力センサ７００を示し、図７Ｂは第一実用圧力センサ７００の末端部の詳細を示す。第一実用圧力センサ７００は、穴の設けられたセンサ本体７１０を有する。その穴の中には、継手７３０が設けられる。この実施形態において、継手７３０の末端はセンサ本体７１０の末端に至るまで伸長していない。別の実施形態において、両方の末端は１つの線上にある。第一ファイバモジュール７４２と第二ファイバモジュール７４４の端部は、センサ本体７１０の末端の同じ平面上まで伸びている。第一ファイバモジュール７４２と第二ファイバモジュール７４４は、上記実施形態で説明したように、１つのファイバ、２つのファイバ又はそれ以上のファイバを有する。
【００８８】
装置の末端に膜７２０が設けられている。膜７２０は、Ｄ形状の断面を有している。Ｄ形状断面は、実質的に平坦な中央部と、この中央部に対して実質的に垂直の方向にある周囲の円周部とを有している。中央部から円周部への移行は、鋭い角部ではなく、曲面部を含むことが好ましい。この実施形態において、膜７２０はセンサ７００に凹状に設けられる。
【００８９】
曲面部は実質的に同じ曲率半径を有するのが好ましい。別の実施形態において、曲面部は実質的に楕円状、放物線状、別の形状又はこれらの組み合せ形状を有する。装置の末端及び／又はファイバモジュールの末端の間の距離は、２０μｍと７０μｍの間の５０μｍ程度が好ましい。膜７２０の特性は、３５０バールの圧力において、膜の曲がりが約７μｍと１０μｍの間にあるようなものである。
【００９０】
この実施形態において、継手７３０は、継手７３０の残りの部分に比べて末端部が狭い。その狭い部分は、継手７３０の外側部に段付部を設けることによって実行できる。センサ本体７１０の穴は、実質的に一定の断面を有している。その穴は、継手７３０とセンサ本体７１０の間の間隙７１２になる。その間隙によって、センサ本体７１０の末端によって形成される内面の熱遮蔽を断熱する効果があり、膜から放出される熱流束の大部分を吸収してエンジンの冷却に移送する。
【００９１】
図８Ａは第二実用圧力センサ８００を示し、図８Ｂは第二実用圧力センサ８００の末端部の詳細を示す。第二実用圧力センサ８００は、穴の設けられたセンサ本体８１０を有する。センサ本体８１０は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置のような大きな物体の一部である。
【００９２】
穴の中に第一継手８３０が設けられている。この実施形態において、第一継手８３０の末端はセンサ本体８１０の末端に至るまで伸長していない。別の実施形態において、両方の末端は１つの線上にある。第一ファイバモジュール８４２と第二ファイバモジュール８４４の端部は、センサ本体８１０の末端の同じ平面上まで伸びている。第一ファイバモジュール８４２と第二ファイバモジュール８４４は、上記実施形態で説明したように、１つのファイバ、２つのファイバ又はそれ以上のファイバを有する。
【００９３】
装置の末端に膜８２０が設けられている。膜８２０は、Ｄ形状の断面を有している。Ｄ形状断面は、実質的に平坦な中央部と、この中央部に対して実質的に垂直の方向にある周囲の円周部とを有している。中央部から円周部への移行は、鋭い角部ではなく、曲面部を含むことが好ましい。この実施形態において、膜８２０はセンサ本体８００に凸状に設けられる。
【００９４】
曲面部は実質的に同じ曲率半径を有するのが好ましい。別の実施形態において、曲面部は実質的に楕円状、放物線状、別の形状又はこれらの組み合せ形状を有する。装置の末端及び／又はファイバモジュールの末端の間の距離は、２０μｍと７０μｍの間の５０μｍ程度が好ましい。膜８２０の特性は、３５０バールの圧力において、膜の曲がりが約６μｍと２０μｍの間にあるようなものである。
【００９５】
この実施形態において、継手８３０は、継手８３０の残りの部分に比べて末端部が狭い。その狭い部分は、継手８３０の外側部に段付部を設けることによって実行できる。センサ本体８１０の穴は、実質的に一定の断面を有している。その穴は、継手８３０とセンサ本体８１０の間の間隙８１２になる。
【００９６】
第二実用圧力センサ８００はさらに第二継手８５０を有する。第二継手８５０は部分的に第一継手８３０と重複している。この実施形態において、第一継手８３０は、第二継手８５０に対する外套として、第二継手８５０と部分的に重複するように第二継手８５０の外側に位置している。第一継手８３０及び第二継手８５０の全体を囲むように第三継手８６０が設けられる。多数の継手を設けることによって、ファイバの端部と膜の間の距離を正確に保ち、ファイバを第三継手８６０に固定する場合に比べて容易に引き離したり、装着したり、正確に最初の位置に戻すことができる。
【００９７】
図９において、モータ管理システム９００は、上記実施形態のいずれかに従った少なくとも１つの燃焼圧力センサ９１０を有する。モータ管理システム９００は、外部信号９４２を受信し、制御信号９３１を内燃機関９３０に送信する制御モジュール９２０を有する。制御モジュール９２０は、第一光ビーム９１１を燃焼圧力センサ９１０に送り、少なくとも第一光ビームの一部の反射光９１２を受ける。制御モジュール９２０は、第二光ビーム９２１を燃焼圧力センサ９１０に送り、少なくとも第二光ビームの一部の反射光９２２を受ける。燃焼圧力センサ９１０は、管路９３２を介して内燃機関９３０の圧力を直接受ける。
【００９８】
外部信号９４２は内燃機関から得られるデータに基づくものである。そのデータは、燃焼温度、吸入空気の温度、酸素レベル、燃料−空気比率、エンジンの回転数、エンジンの負荷、燃料タンクのレベル、吸入空気の圧力、点火時期、絞り弁、エンジンのストローク、クランク角度、他のパラメータ及びこれらの組み合せである。
【００９９】
制御信号９３１は、外部信号９４２、第一光ビームの反射光９１２、第二光ビームの反射光９２２、又はこれらの組み合せの１つから得られるデータに基づく信号を有する。それゆえ、制御信号９３１は、最適パラメータ、例えば燃料効率又は排出物に従って、内燃機関９３０の作動を制御する。本発明の作動及び構成は、上記記載及び図面から明らかである。しかし、明確性のためと特徴を簡潔に記載するために、上記実施形態の一部又は別の実施形態を記載する。本発明の範囲は、本発明の特徴のすべて又はいくらかの組み合わせを含んでいる。
【０１００】
図１０は、クランクシャフト、ピストン及びシリンダを含む内燃機関の作動を制御する方法１０００を示す。その方法は、パート１００１において、シリンダに可燃物の混合物を供給する。可燃物の混合物は、第一混合比にある、少なくとも酸素と第一可燃物を有する。その方法は、パート１００２において、クランクシャフトの環状位置を得る。このパート１００２を実行すると、パート１００３におけるクランクシャフトの第一環状位置での可燃物の混合物の燃焼が引き起こされる。パート１００４において、シリンダ内の可燃物の混合物の燃焼中の温度が得られる。得られた温度は、パート１００５の所定の範囲と比較される。もし、その温度が範囲外であれば、第一混合比と、燃焼が引き起こされるクランクシャフトの第一環状位置との少なくとも１つがパート１００６において調整される。
【０１０１】
第一可燃物は、ガソリン、ＬＰＧ、メタノール、エタノール、バイオエタノール、天然ガス、水素、ニトロメタン、他の火花点火タイプの燃料又はこれらの混合物のような火花点火タイプの燃料である。第一混合物は、上記第一可燃物と酸素を含んでいる。第一混合物は、選択的に、再循環排ガスを含むことができる。
【０１０２】
パート１００２におけるクランクシャフトの環状位置の取得は、ホール効果センサ、光センサ、ハーモニックバランサー、又はインダクティブセンサのようなクランクシャフトの位置センサを使用して行われる。この位置は、相対位置であっても、絶対位置であってもよい。
【０１０３】
パート１００３におけるクランクシャフトの第一環状位置での混合物の燃焼は、シリンダにスパークプラグを使用して火花を導入することによって引き起こされる。また、第二可燃物の混合物をシリンダに導入することができる。上記第二可燃物の混合物は、圧縮点火タイプのディーゼル燃料からなる。第二可燃物の混合物を圧縮すると、第二可燃物の混合物は着火し、第一可燃物の混合物を着火するための火花として作用する。より一般的に、第一可燃物の混合物の噴射後に噴射される第二可燃物の混合物は、第一可燃物の混合物より低い圧力で自己燃焼を起こす。
【０１０４】
可燃物の混合物の燃焼のタイミングは、第一混合比、第二可燃物の混合物の噴射のタイミング、スパークプラグ又は他の燃焼トリガーの作動の中の少なくとも１つを調整することによって制御できる。
【０１０５】
パート１００４における燃焼中のシリンダにおける混合物の温度の取得は、温度センサを使用することによって直接測定することができる。また、その温度はエンジンの異なるパラメータから評価することができる。これらのエンジンの異なるパラメータは、シリンダ内の圧力、内径及びストロークのような既知のシリンダのパラメータから得られるシリンダ内の混合物の容積、及びシリンダ内のピストンの位置を定めるクランク角度を含む。
【０１０６】
より正確には、上記燃焼圧力センサは、燃焼中のシリンダ内の温度を決定するために使用することができる。第一ファイバモジュール又は第二ファイバモジュールによって測定される曲がりは、可燃物の混合物の容積、可燃物の混合物の内容に基づく所定の定数と組み合わせて使用される。また、第一ファイバモジュール又は第二ファイバモジュールによって測定される曲がりの差異は、シリンダ内の温度を得るために使用することができる。これらの方法は、参照温度に対する燃焼中の温度を決定するために使用することができる。
【０１０７】
得られた温度は、所定の温度範囲と比較される。上記温度範囲は、ＮＯＸ、ＣＨ４、煤、粒子状物質(PM)、他の排出物、又はこれらの混合物のような排出物を最少化するために予め最適となるように決定される。
【０１０８】
シリンダ内の第二可燃物の温度を制御するために、第一可燃物から得られたデータが使用される。その温度を制御するために、可燃物の混合物の空気−燃料比率、シリンダに供給される第二可燃物の量、第二可燃物の１回又は２回以上の噴射タイミング、第二可燃物の噴射時間の中の少なくとも１つが調整される。上記制御パラメータの組み合わせは、燃焼中のシリンダ内の温度を制御するために調整することができる。予燃焼から得られるデータの使用は、所定の温度範囲内に燃焼温度を維持することを目的とする閉鎖ループ制御システム形成する。
【０１０９】
本明細書に含まれる既知の材料又は情報は、この国又は外国で技術常識の一部であると解釈すべきでない。本明細書で引用された書類や文献は、本願の一部であると読者に解される。簡潔のために、それらの書類や文献の内容は繰り返されない。本発明は本明細書に記載した実施形態に限定されず、本発明の範囲内で修正が可能であることは当業者には明らかである。
【０１１０】
逆の発想も可能であり、本発明の範囲に含まれる。特許請求の範囲に記載された参照符号は、権利範囲を限定するものと解釈すべきでない。本明細書及び特許請求の範囲に記載された用語“comprise”、“comprising”及び“including”は、排他的又は余すところなくという意味で解釈されるべきでなく、含めるという意味である。“including”又は“comprising”のような表現は、他の要素、整数、付加的な構造、付加的な行為又は付加的な段階を排斥するものではない。
【０１１１】
さらに、用語“a”及び“an”は、ただ１つに限定されず、少なくとも１つを意味しており、多数を排除していない。具体的若しくは明確に記載されなかった特徴又は特許請求の範囲は、本発明の範囲から逸脱しない限り、本発明の構成に含まれる。・・・のための手段のような表現は、・・・のために構成されている部分と読まれるべきである。・・・を構成する部材は、その部材の構造に等価のものを含むと解すべきである。
【０１１２】
用語“critical”、“preferred”及び“especially preferred”は、本発明を限定するものではない。構造、材料又は行為が必須であるとみなされる範囲で、それらはそのように示される。当業者であれば、付加、削除、及び修正は本発明の範囲から逸脱しない限り、可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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